(57)【要約】【課題】エンジンの排気ガス中の不快な高周波の音を取り除くため、サブマフラーとして複数個のヘルムホルツ共鳴器を排気ガスの流れ方向に配列して構成し、該ヘルムホルツ共鳴器の開口部を排気管を構成するステンレス箔に形成した多数のスリットとしたサブマフラーを提供することにある。【解決手段】エンジンからの排気ガスに混ざっている不快な高周波の音を取り除くために、多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画形成した複数の隔室を排気ガスの流れ方向に配列し、該スリットを隔室の開口として排気ガスの流れに面して配置したサブマフラー。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気流に混ざっている高周波の音を取り除くための高周波音低減消音器において、高周波音低減消音器を多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画した複数の独立した隔室を形成して排気ガスの流れ方向に配列し、ステンレス箔に形成されたスリットは隔室の開口として排気ガスの流れに面して配設されていることを特徴とする高周波音低減消音器。
【請求項２】
前記各隔室は、同一形状及び同一容積であることを特徴とする請求項１に記載の高周波音低減消音器。
【請求項３】
前記各隔室は、容積が異なっていると共に、それぞれのスリットの形状が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の高周波音低減消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スリットの入ったステンレス箔を使用した自動車の排気消音装置のサブマフラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、交通手段としての利便性の面からみて自動車の利用はますます高くなる傾向にある。この自動車の増加に伴って自動車公害と云われるように、排気ガスによる大気汚染と共に自動車のエンジンによる自動車騒音公害、使用後の自動車のリサイクル性についても大きな環境問題となっている。自動車騒音公害問題に関しては、エンジン騒音、エンジンの排気騒音に大別することができ、このエンジン騒音については、エンジンをケーシングで囲撓することにより騒音の低減ができ、また、エンジンの排気騒音については、排気系統中に消音器を装着することで騒音の低減を行っている。  
【０００３】
自動車の排気消音装置１は、図５に示すように、エンジンから排出される排気ガスは、排気マニフォルド管から排気管触媒コンバータに送られ、更に排気管からサブマフラーに送られ、更にメインマフラーに送られて大気中に排出されるように構成されている。エンジンから排出される排気ガスは、エンジン内での爆発燃焼により高温のガスと爆発による衝撃波と様々な周波数を含む騒音とを含んでいる。触媒コンバータでは、排気ガスは排気ガス中の有害成分が酸化及び還元反応により除去される。サブマフラーでは、エンジンからの排気流には様々な周波数の音、例えば、キンキンと云うような耳障りで不快な高周波の音も混ざっており、この不快な高周波の音を取り除き、不快な高周波の音が取り除かれた後、排気流は排気管で接続されたメインマフラーに送られ、メインマフラーでは、排気流中に含まれる低周波の音が取り除かれ、メインマフラーに接続されたテールパイプから大気中に排出されている。  
【０００４】
自動車エンジンの高出力化、高回転化に伴い、消音器内に流入する排気流の速度が高くなっている。そのため、速度・圧力変動の激しい排気系では、消音器内で吸音材として用いられているグラスウールが、経年使用で段々劣化したり、また、飛散してしまい環境面で望ましいことではないばかりではなく、設計時の消音効果が得られなくなると云う問題が発生している。また、使用後の自動車の処理としてのリサイクル性にしても、グラスウールは劣化しているので再使用できず、グラスウールを使用した消音器は、消音器自体はステンレス製であるのに対して、吸音材がグラスウールであるため、リサイクル性に劣るという問題もある。このため、消音器内の吸音材としてグラスウールに代えて、ステンレスウールを使用したサブマフラーも知られている。  
【０００５】
また、消音器内の吸音材として、グラスウールやステンレスウールを使用しない乗用車のサブマフラーとして、特許文献１に記載の消音器が提案されている。この消音器について図６、７及び８により説明すると、消音器は、外筒３１の両側に端板３２、３３を取付けるとともに、端板３２、３３を貫通して外筒３１と略同軸に設けられかつその周面の略全域にわたって多数の小孔３５をあけた排気管３４を設けた消音器において、全表面にわたって小孔３８をあけた複数の円筒状隔壁３６を排気管３４の軸方向に排気管３４の直径以下の短い間隔をおいて多数配列して、これら隔壁で外筒３１と排気管３４の間の空間を複数の小室３７に区画した消音器である。  
【０００６】
そして、その作用として、排気管上流から伝播してきた圧力波は、排気管３４の小孔３５からまず区画された小室３７内へ開放されるが、このとき小孔３５の通過抵抗で減衰される。また、小室３７の空間における共鳴でも減衰される。更に隔壁３６の小孔３８を通過して隣の小室３７内へ排気管３４から小孔３５を通って直接流入した位相のずれた圧力波と干渉して減衰するとともに、隔壁３６の小孔３８を通過する抵抗でも減衰する。このような過程が各小室毎にくり返されて最終小室まで順次行われ、排気圧力波は効果的に減衰され、圧力波が先鋭的な衝撃波に成長していくのを抑制する。その結果、下流側消音器（メインマフラー）において、衝撃波による放射音の増大を防止でき、また、効果として、吸音材としてのステンレスウールやグラスウールを用いていないので、これらウールの劣化による消音効果の経年変化（減少）が避けられ、吸音材としてのウールを使用していないのに、吸音材を使用した従来の消音器と略同じ程度の消音効果がある、と云うものである。  
【０００７】
【特許文献１】特許第２７４４８９６号公報
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された消音器では、図８に示すように隔壁３６で区画された各小室３７は、各隔壁３６にあけられた小孔３８によって連通しているので、隣接する小室３７内に流入した排気ガス同士の圧力波が、互いに干渉し合うことにより設計段階で各小室３７毎に狙った不快な高周波の音のみを吸収して低減することはできず、ある程度の幅のある高周波の音を吸音して減衰することになる。  
【０００９】
空気の排出に伴う騒音を低減するためのものとして、図９に図示するようなヘルムホルツ共鳴器３９が知られている。このヘルムホルツ共鳴器３９は、狭い開口部４０とこれに続く容積部４１とで構成されている。狭い開口部４０の部分の空気は質量要素として取り扱うことができ、容積部４１内の空気がバネの作用をする。このようにヘルムホルツ共鳴器３９は、質量要素とバネ要素とをもった振動系を構成しており、この系の固有周波数近くの周波数の音に対しては、質量に相当する狭い開口部４０の部分の空気が激しく振動し、狭い開口部４０の内周壁面での粘性効果により音のエネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、空気中の音が減衰されて吸音されるものである。  
【００１０】
このとき、狭い開口部４０の開口面積をＳａ、開口部４０の厚さをｔ、容積部４１の容量をＶ、音速をｃとするとき、このヘルムホルツ共鳴器３９の最大吸音周波数ｆｐは、［式２］で表される。ただし、Δｔは、開口端補正である。  
【式２】
【００１１】
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【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明は、エンジンからの排気流に混ざっているキンキンと云うような耳障りで不快な高周波の音を取り除くために、多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画形成した複数の隔室を排気ガスの流れ方向に配列し、ステンレス箔に形成されたスリットを隔室の開口として排気ガスの流れに配置したサブマフラーである高周波音低減消音器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、エンジンからの排気流に混ざっている高周波の音を取り除くための高周波音低減消音器において、高周波音低減消音器を多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画した複数の独立した隔室を形成して排気ガスの流れ方向に配列し、ステンレス箔に形成されたスリットは隔室の開口として排気ガスの流れに面して配設されていることを特徴とするものである。  
【００１４】
また、上記目的を達成するため、本発明の請求項２に記載の発明は、各隔室は、同一形状及び同一容積であることを特徴とするものである。  
【００１５】
また、上記目的を達成するため、本発明の請求項３に記載の発明は、各隔室は、容積が異なっていると共に、それぞれのスリットの形状が異なっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明は、本発明のサブマフラーでは、自動車の排気消音系統において、高周波音低減消音器を多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画した複数の独立した隔室を形成して排気ガスの流れ方向に配列し、ステンレス箔に形成されたスリットは隔室の開口として排気ガスの流れに面して配設されて構成されているので、エンジンから排出され様々な周波数が混ざった排気ガスの中にある不快な高周波の音（例えば、キンキンと云う音等）を互いに独立した個々の隔室毎で吸収して減衰することができ、厚さの薄いステンレス箔を使用することにより、不快な高周波の音を吸音することができる、との効果がある。また、本発明のサブマフラーでは、消音器の吸音材としてグラスウールやステンレスウール等のウール材を使用していないので、経年使用でウール材が劣化して大気中に飛散することもなく、消音効果が得られなくなると云うこともなく、リサイクルの面でも、サブマフラー全体が同一材料のステンレス材であるので、各構成部材を分離することなくリサイクル処理することができる、と云う効果がある。  
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、複数の全ての隔室の大きさを同じにすることにより、個々の隔室が、それぞれ同じ特定の周波数の音を吸音することができるので、サブマフラー全体として排気ガスの中にある特定の不快な高周波の音（例えば、キンキンと云う音等）を狙って吸音して減衰させることができる、との効果がある。また、本発明の請求項３に記載の発明は、隔壁の間隔を代えることで各隔室の容積を代えたり、各隔室のスリットの長さ、幅の大きさを代えることで、各隔室毎に狙う色々な排気ガスの中にある任意の範囲の不快な高周波の音を吸音して減衰させることができる、との効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
エンジンからの排気ガスに混ざっているキンキンと云うような耳障りで不快な高周波の音を取り除くために、多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画形成した複数の隔室を排気ガスの流れ方向に沿って配列し、ステンレス箔に形成されたスリットを隔室の開口として排気ガスの流れに面して配置することで実現した。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明の実施の態様を図１〜４及び式１によって説明する。図１は、本発明の高周波音低減消音器の模式図で、図２は本発明で使用したステンレス箔の平面図で、図３は、図２の部分拡大図である。図４は、隔壁を設けた本発明の高周波音低減消音器と隔壁無しのサブマフラーとの吸音する周波数と吸音による音響パワー損失との関係を示すグラフである。  
【００２０】
本発明の高周波音低減消音器であるサブマフラー３を図１の模式図で説明すると、サブマフラー３は、排気管８の一部となり多数のスリット６を有するステンレス箔５を丸めた筒状の内管１０と、この筒状の内管１０を筒状の外管１１で囲んでおり、筒状の内管１０と筒状の外管１１とは隔壁７及び外隔壁１２とによって間隔が保持され、ステンレス箔５でなる筒状の内管１０と筒状の外管１１と隔壁７及び外隔壁１２とによって複数個の隔室９が形成されている。  
【００２１】
本発明で排気管の一部として使用するステンレス箔５は、厚さｔが０．２〜０．５ｍｍの箔を丸めて排気管８の径と同様の径の円筒状に形成されている。そして、この円筒状のステンレス箔５には、エッチング加工によって幅Ｗが０．１ｍｍで、長さＨが１０ｍｍの形状のスリット６が１列群に複数個ｎ設けられてスリット群をなしており、図２に示すステンレス箔５では８列のスリット群が設けられている。ステンレス箔５を丸める際
には、各スリット群が円周方向と成るようにして丸めてあり、このスリット群は各隔室９の開口部となるよう配置され、排気管８を流れる排気ガスが各スリット群のスリット６から隔室９内に入るようになっており、それぞれの隔室９はヘルムホルツ共鳴器を形成することになる。  
【００２２】
エンジンから様々な周波数が混ざって図１の矢印のように流れてきた排気ガスは、本発明の高周波音低減消音器であるサブマフラー３の上流側から下流側の隔室９の夫々のスリット６から隔室９の内部に次々に入る。このとき、各隔室９は、ヘルムホルツ共鳴器を形成しているので、それぞれの隔室９の内部に入り込んだ排気ガスは、隔室９内の空気がバネの作用をすることによりスリット６の部分の排気ガスは振動するようにスリット６の部分を行ったり来たりする。スリット６の内周壁面との粘性効果により音のエネルギーが熱エネルギーに変換されることにより、空気中の音が減衰されて吸音される。ステンレス箔５に形成した開口部をスリット６とした方が、開口面積が同一であれば、開口部の全内周壁面積が大きくなるので、排気ガスとの接触面積が大きくなり、スリット６の内周壁面との粘性効果がより大きくなる。  
【００２３】
ここで、図３に示すようにステンレス箔５の厚さをｔ、スリット６の幅をＷ、長さをＨ、隔室９の容量をＶ、１列群当たりのスリット６個数をｎ、音速をｃとするとき、本発明の高周波音低減消音器であるサブマフラー３の１隔室９当たりの最大吸音周波数ｆｐは、下記の［式１］で表される。ただし、ΔＷは、開口端補正である。  
【式１】
【００２４】
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【００２５】
一般に、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数は、前記段落番号［００１０］に示す［式２］で表されているが、本発明の隔室９の開口部となるスリット６、スリット形状であるため、下記［表１］に示す最大吸音周波数ｆｐの実験値から開口端補正値ΔＷを求めた。  
【表１】
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上記［表１］からΔｔ／Ｗは３．２から４．７の範囲にあることから平均値を採り、Δｔ／Ｗ＝４．０すなわちΔｔ＝４．０Ｗを［式２］に代入することにより、上記［式１］を導いたものである。  
【００２６】
したがって、独立した個々の隔室９の容量Ｖ、スリット６の幅Ｗ、長さＨ、１列群当たりのスリット６の個数ｎを同一とすることにより、各隔室９が吸音する周波数ｆｐは同一となるので、サブマフラー３全体として排気ガスの中にある特定の不快な高周波の音を狙って吸音し減衰させることができる。隔壁を設けた本発明の高周波音低減消音器と隔壁無しのサブマフラーとの比較において、図４のグラフに示すように、実線Ａの隔壁を設けた本発明の高周波音低減消音器と点線Ｂの隔壁無しのサブマフラーとでは、９００〜２０００Ｈｚの範囲の周波数においては、隔壁を設けた本発明の高周波音低減消音器の方が吸音によるによる低減効果が高いことが分かる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図示していないが他の実施の態様として、各隔室９の容量Ｖを変えたり、各隔室９のスリット６の幅Ｗ、長さＨの大きさや１列群当たりのスリット６の個数ｎを変えることにより、各隔室９毎で吸音・減衰する吸音周波数ｆｐをそれぞれ変えることができる。なお、各隔室９の容量Ｖを変えるには、各隔室９の隔壁７の間隔を変えることで各隔室９の容量Ｖを変えることができる。したがって、このようにすることにより各隔室９毎の吸音周波数を変えることができるので、サブマフラー３全体として排気ガスの中にある任意の範囲の不快な高周波の音を吸音し減衰させることができる。  
【００２８】
上述したように、本発明の高周波音低減消音器では、高周波音低減消音器を多数のスリットを形成したステンレス箔でなる排気管とその外側を取り巻く外管との間を隔壁で区画した複数の独立した隔室を形成して排気ガスの流れ方向に配列し、ステンレス箔に形成されたスリットは隔室の開口として排気ガスの流れに面して配設されて構成されているので、エンジンから排出され様々な周波数が混ざった排気ガスの中にある不快な高周波の音（例えば、キンキンと云う音等）を互いに独立した個々の隔室毎で吸収して減衰することができる。  
【００２９】
また、複数の全ての隔室の大きさを同じにすることにより、個々の隔室が、それぞれ同じ特定の周波数の音を吸音することができるので、サブマフラー全体として排気ガスの中にある特定の不快な高周波の音を狙って吸音して減衰させることができる。また、各隔室の容積を代えたり、各隔室のスリットの長さ、幅の大きさを代えることで、各隔室毎に狙う色々な排気ガスの中にある任意の範囲の不快な高周波の音を吸音して減衰させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の高周波音低減消音器の模式図である。
【図２】本発明で使用したステンレス箔の平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】隔壁を設けた本発明の高周波音低減消音器と隔壁無しのサブマフラーとの吸音する周波数と吸音による音響パワー損失との関係を示すグラフである。
【図５】排気消音装置の全体構成を示す平面図である。
【図６】従来例の消音器の縦断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図６の従来例の消音器の模式図である。
【図９】ヘルムホルツ共鳴器の模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１        排気消音装置２        触媒コンバータ３        サブマフラー４        メインマフラー、５        ステンレス箔６        スリット７        隔壁８        排気管９        隔室１０      内管１１      外管１２      外隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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